1、xxx 理工大学 xxx 届本科毕业设计说明书1第一章 绪论1.1 直流无刷电动机的发展历史及特点一个多世纪以来，电动机作为电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活之中。其主要类型有同步电动机、异步电动机与直流电动机三种，其容量小到几瓦，大至上万千瓦。众所周知，直流电动机具有运行效率高和调速性能好等诸多优点，但传统的直流电动机均采用电刷以机械方式进行换向，因而存在相对的机械摩擦，由此带来了噪声、火花、无线电干扰以及寿命短等弱点，再加上制造成本高及维修困难等缺点，从而大大地限制了它的应用范围，致使目前工农业生产上大多数均采用三相异步电动机。随着社会生产力的发展，人们生
2、活水平的提高，需要不断地开发各种新型电动机。科学技术的进步，新技术新材料的不断涌现，更促进了电动机产品的不断推陈出新。针对上述传统直流电动机的弊病，早在 20 世纪 30 年代就有人开始研制以电子换代替电刷机械换向的直流无刷电动机。并取得了一定成果。但由于当时大功率电力电子器件仅处于初级发展阶段，没能找到理想的电子换向的元器件。使得这种电动机只能停留在实验研究阶段，而无法推广使用。1955 年，美国 D哈利森等人首次申请了应用晶体管换向代替电动机机械换向器换向专利，这就是现代直流电动机的雏形。但由于该电动机尚无起动转矩而不能产品化。尔后又经过人们多年努力，借助于霍尔元件来实现换向的直流电动机终
3、于在1962 年问世，从而开创了直流无刷电动机产品化的新纪元。20 世纪 70 年代以来，随着电力电子工业的飞速发展，许多新型的高性能半导体功率器件，如 GTR、MOSFET、 IGBT 等相继出现，以及高性能永磁材料，如钐钴、钕硼等的问世，均为直流无刷电动机的广泛应用奠定了坚实的基础。特别是我国稀土材料的储量为世界第一，为高性能直流无刷电动机的发展创造了得天独厚的条件。由于直流无刷电动机既具备交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多特点，故在当今国民经济各个领域，如医疗器械、仪器仪表、化工、轻纺以及家用电器等方面的应用
4、日益普及。如计算机硬盘驱动器和软盘驱动器里的主轴电动机、录像机中的伺服电动机，均数以万计地运用直流电动机。总的来说，直流无刷电动机具有如下特点：（1）高可靠性，长寿命，工作期限主要取决于轴承及润滑。（2）不必经常维护。（3）无电器接触火花，安全，防爆性好，无线干扰低。（4）机械噪音低。（5）可工作于高速或超高速。xxx 理工大学 xxx 届本科毕业设计说明书2（6）转子采用先进的钕铁硼高能材料，无通电绕组，几乎没有损耗和发热，而定子绕组固定在机壳上，其损耗热量易经机壳向外散发。（7）与电子电路相结合，利用小功率逻辑控制信号可方便的控制电机的启停、正反转及速度调节，适用于数字控制，易与微处理器，
5、微型计算机接口。1.2 直流无刷电动机的控制对电动机的控制可分为简单控制和复杂控制两种。简单控制是指电动机进行启动、制动、正反转控制。这类控制可通过继电器、可编程控制器和开关元件来实现。复杂控制是指对电动机的转速、转角、转矩、电压、电流等物理量进行控制，而且有时往往需要非常精确的控制。以前，对电动机的简单控制的应用较多，但是，随着现代化步伐的迈进人们对自动化的需求越来越高，使电动机的复杂控制逐渐成为主流，其应用领域极为广泛。例如：军事和宇航方面的雷达天线、火炮瞄准、惯性导航、卫星姿态、飞船光电池对太阳跟踪的控制等；工业方面的各种加工中心、专用加工设备、数控机床、工业机器人、塑料机械、印刷机械、
6、绕线机、纺织机械、新型工业缝纫机、绣花机、泵和压缩机、轧机主传动、轧辊等设备的控制；计算机外围设备和办公室设备中的各种磁盘驱动器、各种光盘驱动器、绘图仪、扫描仪、打印机、传真机、复印机等的控制；音像设备和家用电器中的录像机、录音机、数码相机、VCD 和 DVD 机、洗衣机、冰箱、空调、电扇、电动自行车等的控制。们在此设计中，主要围绕对直流无刷电动机复杂控制的原理和方法进行介绍。电动机的控制技术的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动化技术、微机应用技术的最新发展成就。正是这些技术的进步使电动机控制技术在近二十年内发生了天翻地覆的变化。其中电动机的控制部分已由模拟控制
7、逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制，形成数字与模拟的混合控制系统和纯数字控制系统的应用，并正向全数字控制方向快速发展。电动机的驱动部分所用的功率器件经历了几次更新换代，目前开关速度更快、控制更容易的全控型功率器件 MOSFET 和 IGBT 成为主流。功率器件控制条件的变化和微电子技术的使用也使新型的电动机控制方法能够得到实现。脉宽调制控制方法（PWM 和 SPWM） 、变频技术在直流调速和交流调速中获得广泛的应用。永磁材料技术的突破与微电子技术的结合又产生了一批新型的电动机，如永磁铁直流电动机、交流伺服电动机、开关磁阻电机、超声波电动机、专为变频调速设计的交流电动机等。这一切变化似乎都在瞬
8、间完成的，让人感觉到了技术进步的魅力。1.3 单片机对直流无刷电动机控制所起的作用微处理器取代模拟电路作为电动机的控制器有如下特点。xxx 理工大学 xxx 届本科毕业设计说明书3（1）使电路更简单模拟电路为了实现控制逻辑需要许多电子元件，使电路复杂。采用微处理器后，绝大多数控制逻辑可通过软件实现。（2）可以实现较复杂的控制微处理器的有更强逻辑功能，运算速度快、精度高、有大容量的存储单元，因此有能力实现复杂的控制，如优化控制等。（3）灵活性和适应性微处理器的控制方式是由软件完成的。如果需要修改控制规律，一般不必改变系统的硬件电路，只须修改程序即可。在系统调试和升级时可以不断尝试选择最优参数，非
9、常方便。（4）无零点漂移，控制精度高数字控制不会出现模拟电路中经常遇到的零点漂移问题。无论被控量的大或小，都可以保证足够的控制精度。（5）可提供人机界面，多机联网工作 现在普遍采用单片机作为电动机的控制器。实际上可作为电动机控制器的元件还有很多种，例如工作控制计算机、可编程控制器、数字信号处理器（DSP） 。工业控制计算机可谓功能强大，它有极高的速度、强大的运算能力和接口功能、方便的软件环境；但由于成本高、体积大，所以只用于大型控制系统。可编程控制器则正好相反，它只能完成逻辑判断、定时、记数和简单的运算。由于功能太弱，所以它只用于简单的电动机控制。单片机介于工业控制计算机和可编程控制器之间，它
10、有较强的控制功能、低廉的成本。人们在选择电动机的控制器时，常常是在先满足功能的需要的同时，优先选择成本低的控制器。因此，单片机往往成为优先选择的目标。从最近的统计数字也可以看出，世界上每年要有 25 亿片各种单片机投入使用。单片机是目前世界上使用量最大的微处理器。单片机产生于 20 世纪 70 年代。在我国经历了 Z80 单板机时代和 MCS-51 单片机不断出现，以至于无法给出哪一种单片机最好。新型单片机都具有如下特点。（1） 功能大大增强了 （2）速度更快了 （3）小型化和低功率 1.4 电力电子功率器件对直流无刷电动机控制所起的作用电力电子技术和功率半导体器件的发展对电动机控制技术的发展
11、影响极大，它关系到电动机的功率驱动。电力电子功率器件经历了从半控到全控阶段，从电流控制到电压控制，从几 kHz 到 500kHz 以上的开关频率的变化；而电动机的控制也相应地从相控变流转变到脉宽调制和变频技术。从 20 世纪 70 年代开始，先后出现了几种有自关断能力的全控型功率器件，如可关断晶xxx 理工大学 xxx 届本科毕业设计说明书4闸管（GTO ） 、功率晶闸管（GTR） 。这些全控功率器件取代了普通的晶闸管系统，提高了工作频率，简化了电路结构，提高了效率和可靠性。原来谐波成分大、功率因数差的相控变流器已逐步由斩波器或 PWM 变流器所取代，使电动机的调速范围明显增加。其后又出现了功
12、率场效应管（MOSFET） 、绝缘珊双极晶体管（IGBT） 、MOS 控制晶闸管（IGCT ）等，形成第三代功率管器件。这些新型功率器件采用场控，工作频率可以高，驱动电路更简单。它们正逐步取代 GTO 和 GTR。然而发展并没有就此停止，号称第四代的功率集成电路已崭露头角。功率集成电路是电力电子技术与微电子技术相结合的产物，它将半导体功率变换器件与驱动电路、检测和诊断电路、保护电路集成在一块芯片上，使功率器件含有某种智能功能，因此又称智能功率集成电路。与分立功率器件组成的电动机驱动电路相比，智能功率集成电路有如下优点。 体积小重量轻，但功能强大，很有可能将驱动器安装在电动机内部，形成一种“电子
13、电动机” 。 减少了电器元件数量，可提高系统的可靠性，内部集成的检测电路、诊断电路和保护电路增强了系统的可靠性。 控制电路与功率电路集成在一起，使监控更易实现。 集成化使电路的连线减少。减少了分布电容和分布电感及信号传输的延时，从而增加了系统抗干扰的能力。 集成化可以使电路参数优化，避免在使用分立元件时，因不同厂商的产品所带来的兼容性问题。 使用集成化取代分立元件来实现这些功能，将大大降低系统成本。xxx 理工大学 xxx 届本科毕业设计说明书5第二章 直流无刷电动机控制系统设计2.1 直流无刷电动机调速系统的基本结构本调速系统的基本结构可以简单描述为：硬件是由直流无刷电动机、单片机、驱动电路
14、以及传感器等构成。软件是由主控制程序、信号输入扫描子程序以及公共状态变量等构成。其中控制系统的硬件核心是单片机；控制所需的检测信号由无刷直流电动机内部的传感器提供；驱动电路由专用功率器件驱动芯片功率器件构成。软件的核心是主程序，公共变量将各个子程序与主程序的链接起来。图 2.1 直流无刷电动机调速系统结构图Fig.2.1 The configuration of BLDC2.2 直流无刷电动机调速系统的工作原理速度给定量通过单片机内部集成的模拟/数字转换电路完成将模拟量转换为数字量并送入单片机通过软件中的主程序控制电动机转速，单片机通过无刷直流电动机内部的霍尔传感器获得控制所需的检测信号；单片
15、机处理后的控制信号是不能直接用于驱动功率器件，功率器件需要专用的驱动电路才能工作，其中专用功率器件驱动芯片将单片机和功率器件联系起来在二者之间起到桥梁的作用，最后由功率器件直接驱动电动机。软件中主程序包括了状态判断功能、功率加载功能、速度计算功能、PWM 功能、过流控制功能；子程序用来完成输入量处理；其中主程序和子程序是通过公共状态变量来沟通的。xxx 理工大学 xxx 届本科毕业设计说明书62.3 主功率电路系统采用 PWM 调速方式，主功率电路是三相全桥式星型电路，如图 2.2 所示。电机运行以“两相导通三相六状态”方式运行。控制方式以单片机为核心处理器系统的数字闭环控制、相位判断和补偿等
16、功能。图 2.2 主功率电路Fig.2.2 Main power electric circuit2.4 过电流保护电路为了保护功率 MOSFET 在 PWM 桥电路中增加了过流保护电路，图 2.3 中的 RCS 为检测主 PWM 电路的电流传感器，它把电流信号转换成微弱的电压信号送人 30 倍放大作用的高共模抑制比的差动放大器。然后，再送入主 CPU 的 AD 电路以监视电流变化。 图 2.3 过流保护电路Fig.2.3 The electric circuit to protect when the current is overxxx 理工大学 xxx 届本科毕业设计说明书72.5 功率
17、驱动电路功率驱动电路的主芯片采用 IR2103，电路如图 2.4 示：图 2.4 功率驱动电路Fig.2.4 Power drivers circuit从 IR2103 的 HIN 端或 LIN 输入信号以驱动功率管 MOSFET，这两个信号在内部由专用的电路实现互锁以不至于在 MOSFET 端出现短路。IR2103 采用单电源 12V 供电，其内部有欠压保护电路，当电源低于 8.9V 时，所有的输出信号关闭。 IR2103 的自举电路由二极管和电容实现，它们的大小取决于 MOSFET 的开关频率和最大导通时间。我们知道单片机是无法直接驱动功率半导体器件的。该功率驱动电路的主芯片起到了沟通单片
18、机和功率半导体器件的桥梁作用。根据图 2.5 中的逻辑关系我们可以通过单片机发出控制信号控制功率半导体器件。图 2.5Fig.2.52.6 本设计的主要内容完成无刷直流电动机控制器硬件电路的设计制作，并且根据硬件结构编写相应的软件。该系统控制部分的软件设计解决的主要要求有以下几个：1. 熟悉主控制器单片机 P89LPC935 的功能与指令系统。2. 掌握单片机 C 语言编程技巧。3. 熟悉无刷直流电动机的具体控制要求。4. 进行主程序以及子程序的编写。xxx 理工大学 xxx 届本科毕业设计说明书8第三章 直流无刷电动机的基本原理3.1 直流无刷电机的基本结构无刷直流电机主要由三部分组成：转子
19、部分、定子部分、传感器。3.1.1 转子部分：转子部分一般使用永磁材料制成，它可以被设计成 2 至 8 个 N 极和 S 交替的磁极对，根据转子所需的磁通密度来选择适当的磁性材料，多选择永久磁铁。目前流行的高端技术多是用稀土材料来制造转子部分，这是因为普通的铁氧体磁性材料很难达到较高的磁通密度。相比之下稀土合金材料则大大优于铁氧体，它的磁通密度远高于铁氧体，这样使得相同转矩下的电机使用稀土合金材料的体积更小，也就是提高了电机体积重量比。图 3.1 转子磁极Fig.3.1 magnetic pole of rotor3.1.2 定子部分：定子部分和普通电机类似也是由硅钢片叠层铁心制成，并将线圈放
20、置在沿轴向切割的线槽内。如图 3.2 所示：图 3.2 8/6 极定、转子截面图Fig.3.2 The profile chart of stator and rotor with 8/6 magnetic polexxx 理工大学 xxx 届本科毕业设计说明书9同样这两种类型的电动机其相电流也各也与各自的反电动式相同，分别为梯形和正弦型。这个特点使得正弦型电机比梯形电机的输出转矩更为平滑稳定。然而，这样一来使得正弦型电机增加了额外的成本，因为正弦型电机需要在定子的外围增加额外的绕组，使得铜的使用量大大增加。定子一般是按照输出功率和在使用中的电压等级来设计的，例如在汽车系统、机器人技术以及小型
21、机械手臂应用中一般选择 48V 或者更低的电压，而在工业控制和自动化技术应用时则通常选择 100V 或更高电压等级的电动机。如图 3.3 和 3.4 所示：图 3.3 梯形反电势Fig.3.3 Trapezoidal counter electromotive force图 3.4 正弦型反电势Fig.3.4 Sine counter electromotive forcexxx 理工大学 xxx 届本科毕业设计说明书103.1.3 传感器：不同于普通的有刷直流电机的机械换向器，直流无刷电动机的换向装置是电子控制的。为了使直流无刷电动机能够正常的旋转，定子绕组的线圈应该按照一定的顺序施加相应的
22、电压。因此，了解任意时间内应该对那个绕组施加正确的电压就变得非常重要了。由此，霍尔传感器也就应运而生了，转子的位置检测是通过固定在定子上的霍尔传感器完成的。大部分直流无刷电动机有三个霍尔传感器，它们被镶嵌在电机非驱动端的尾部。当电机的磁极接近霍尔传感器时，它们便发出一个低或者高电平来指示出 N 或者 S 极正通过接近的传感器，根据霍尔信号反馈的数据正确的驱动信号就可以被确定了。图 3.5 位置传感器结构示意图Fig.3.5 The position spreads to feel machine construction sketch map3.2 直流无刷电机的机械特性及运行原理直流无刷电机
23、的运行时电器特性和机械特性的关系可以用图 3.6 表示，通过上图可以看出机械旋转一周需要两个电周期以及霍尔传感器输出的信号、反电动式、输出转距、相电流之间相对应的关系。xxx 理工大学 xxx 届本科毕业设计说明书11图 3.6 电气与机械特性关系Fig.3.6 The relation of electricity and machine with sexual behaviorxxx 理工大学 xxx 届本科毕业设计说明书12321 直流无刷电机的机械特性图 3.7 为直流无刷电动机的机械特性曲线，其中有两个参数来定义它即：峰值转矩和额定转矩。在电机连续运行期间电机一般加载运行在额定转矩状
24、态。在高于额定转速的速度范围内存在一定的转矩余量，电机可以运行在最高转速状态，这个速度通常是额定转速的 150%，但转矩在此范围内逐渐开始跌落。当电机加载启动、停止、倒转时，需要在瞬时超过额定转矩，尤其是在启动加速期间，电机除了负载转矩外还要克服转子自身惯量。此时，电机便会按照机械特性曲线达到峰值转矩。图 3.7 转速与转矩关系Fig.3.7 The relation of rotate speed and torque322 直流无刷电机的运行原理表 3.1 为霍尔传感器反馈信号的真值表，霍尔传感器可以被设置成 60 度和 120 度电角度，这个工作一般是由制造商完成的。以 120 度为例：
25、运行时每隔 120 度电角度，霍尔传感器就会改变一次状态，每个周期有六个状态即六步驱动。表 3.1 霍尔传感器反馈信号的真值表Table3.1 Feedback signal truth table of Hall sensor也就是说电机每隔 120 度电角度就要改变一次相电流，是根据霍尔传感器反馈信号按真xxx 理工大学 xxx 届本科毕业设计说明书13值表译码后对绕组施加相应的电压完成的。如 3.8 图所示：图 3.8 定子绕组示意图Fig.3.8 Schematic drawing of stator winding在完成每个电周期时并不意味着电机也完成了一个机械周期的旋转，由多少个这
26、样的电周期来完成一个机械的旋转周期是由电机磁极对的数量来决定的，每一个磁极对在旋转期间都要完成一个电周期。后面的主程序编制要根据霍尔传感器反馈信号完成对真值表的译码，来实现对电动机的控制。33 直流无刷电机的反电动势我们知道当电机旋转时每个绕组都会产生一个电压，这就是反电动势。根据楞次定律它的电压方向是与电源方向相反的，也就是与我们施加个绕组的电压相反。产生反电动势主要有三个原因：1.转子旋转的角速度2.转子磁铁产生的磁场3.定子绕组的圈数在设计电机时转子的磁场强度和定子绕组的圈数就被确定了，所以唯一可以改变的就是转子旋转的角速度也就是电机转速。当转子的转速增加时所产生的反电动势也就相应增加。
27、xxx 理工大学 xxx 届本科毕业设计说明书14第四章 控制器的选择4.1 主控单片机 89LPC935 单片机介绍411 89LPC935 简介P89LPC935 是一款单片封装的微控制器，使用低成本的封装形式。它采用了高性能的处理器结构，指令执行时间只需 2 到 4 个时钟周期。6 倍于标准 80C51 器件。P89LPC935集成了许多系统级的功能，这样可大大减少元件的数目和电路板面积并降低系统的成本。图 4.1 89LPC935 管脚排列Fig.4.1 Pin disposition of P89LPC935412 89LPC935 主要特性8kB 可字节擦除的 Flash 程序存储
28、器，组成 1kB 扇区和 64 字节页。单个字节擦除功能允许 Flash 程序存储器的任何字节可用作非易失性数据存储器。256 字节 RAM 数据存储器。P89LPC935 和 P89LPC936 还包括一个 512 字节的附加片内 RAM。512 字节片内用户数据 E2PROM 存储区，可用来存放器件序列码及设置参数等（P89LPC935） 。2 个 4 路输入的 8 位 A/D 转换器/DAC 输出（ P89LPC935/936，P89LPC933/934 只有一个 A/D） 。2 个模拟比较器，可选择输入和参考源。2 个 16 位定时/ 计数器（每一个定时器均可设置为溢出时触发相应端口输
29、出或作为xxx 理工大学 xxx 届本科毕业设计说明书15PWM 输出）和 1 个 23 位的系统定时器，可用作实时时钟。增强型 UART。具有波特率发生器、间隔检测、帧错误检测、自动地址检测功能；400kHz 字节宽度的 I2C 总线通信端口和 SPI 通信端口。捕获/比较单元（CCU）提供 PWM，输入捕获和输出比较功能（ P89LPC935） 。选择片内高精度 RC 振荡器时不需要外接振荡器件。可选择 RC 振荡器选项并且其频率可进行很好的调节。VDD 操作电压范围为 2.43.6V。I/O 口可承受 5V（可上拉或驱动到 5.5V） 。28 脚 TSSOP,PLCC 和 HVQFN 封
30、装。最少有 23 个 I/O 口，当选择片内振荡器和片内复位时 I/O 口可高达 26 个。413 89LPC935 附加特性当操作频率为 18MHz 时，除乘法和除法指令外，高速 80C51 CPU 的指令执行时间为111222ns。同一时钟频率下，其速度为标准 80C51 器件的 6 倍。只需要较低的时钟频率即可达到同样的性能，这样无疑降低了功耗和 EMI。利用商用 EPROM 编程器可简单实现串行 Flash 在电路编程（ICP） 。Flash 保密位可防止程序被读出。器件固定在最终应用中时可采用串行 Flash 在系统编程（ISP）方法进行编程。Flash 程序存储器可实现在应用中编程
31、（IAP） 。这允许在程序运行时改变代码。看门狗定时器具有片内独立振荡器，无需外接元件。看门狗预分频器有 8 种选择。低电压复位（掉电检测）可在电源故障时使系统安全关闭。该功能也可配置为一个中断。空闲和两种不同的掉电节电模式。提供从掉电模式中唤醒功能（低电平中断输入唤醒） 。典型的掉电电流为 1A（比较器功能禁止时的完全掉电状态） 。低电平复位。使用片内上电复位时不需要外接元件。复位计数器和复位干扰抑制电路可防止虚假和不完全的复位。另外还提供软件复位功能。可配置的片内振荡器及其频率范围（通过用户可编程 Flash 配置位选择） 。振荡器选项支持的频率范围为 20KHz18MHz（最大工作频率）
32、 。振荡器失效检测。看门狗定时器具有独立的片内振荡器，因此它可用于振荡器的失效检测。可编程 I/O 口输出模式：准双向口，开漏输出，推挽和仅为输入功能。端口“输入模式匹配”检测。当 P0 口管脚的值与一个可编程的模式匹配或者不匹配时，可产生一个中断。所有口线均有（20mA）LED 驱动能力。但整个芯片有一个最大值的限制。可控制口线输出斜率（可控制口线输出的转换速率）以降低 EMI，输出最小跳变时间约为 10ns。当选择片内复位时，P89LPC935 只需连接电源和地。xxx 理工大学 xxx 届本科毕业设计说明书164 个中断优先级。8 个键盘中断输入，另加 2 路外部中断输入。施密特触发端口
33、输入。双数据指针。414 功能框图图 4.2 功能框图Fig.4.2 Function diagram of main SCMxxx 理工大学 xxx 届本科毕业设计说明书17415 89LPC935 逻辑符号图 4.3 89LPC935 逻辑符号Fig.4.3 Logic functional diagram of main SCM42 功能描述421 特殊功能寄存器对特殊功能寄存器的访问必须遵循以下方式： 用户不要试图访问任何未经定义的SFR 地址。 对任何已定义的SFR 的访问必须符合SFR 的功能。 标注为-,0或1的SFR 位只能以如下方式读或写：- 必须写入0（除非另有说明），但当
34、读出时可以返回任意值（即使向其写入0）。这是一个保留位，作为将来功能扩展之用。0必须写入0，并且当读出时返回0。1必须写入1，并且当读出时返回1。422 增强型 CPUP89LPC935 采用增强型80C51 CPU，其运行速度是标准80C51 的6 倍。一个机器周期由2 个CPU 时钟周期组成，大多数指令执行时间为1 到2 个机器周期。423 时钟P89LPC935 的几个内部时钟定义如下： OSCCLK输入到DIVM 分频器的时钟。OSCCLK 可选择4 个时钟源之一，也可降低到较低的频率。xxx 理工大学 xxx 届本科毕业设计说明书18注：OSCCLK 频率定义为fosc CCLKCP
35、U 时钟；时钟分频器的输出。每个机器周期包含2 个CCLK 周期，大多数指令执行时间为1 到2 个机器周期（2 或4 个CCLK 周期）。 RCCLK内部7.373MHz RC 振荡器输出。 PCLK用于不同外围器件的时钟，为 CCLK/2。424 片内RC 振荡器选项P89LPC935具有一个6 位TRIM 寄存器，可对RC 振荡器的频率进行调整。在复位时，TRIM 的值初始化为出厂时预编程值以将振荡器频率调整为7.373MHz，室温下有1%的误差。用户程序可修改TRIM 寄存器将RC 振荡器调整为其它频率。425 看门狗振荡器选项看门狗具有一个独立的振荡器，频率标称为400KHz。在不需要
36、使用高频振荡器时，可使用该振荡器降低功耗。426 外部时钟输入选项在此配置中，提供CPU 时钟的外部时钟源从XTAL1/P3.1 脚输入。频率可从0Hz 到12（18）MHz。XTAL2/P3.0 脚可作为标准I/O 口或者时钟输出。当采用频率大于12MHz 的振荡器时，P1.5 管脚的复位输入功能必须处于使能状态。需要有一个外部电路使器件在上电时保持复位状态，直到VDD 到达指定的电平。在没有系统电源的情况下，VDD 将下降到指定的最小工作电压以下。当采用频率大于12MHz 的振荡器时，在某些应用中，可能需要一个外部掉电检测电路使VDD 低于规定的最小工作电压时器件能保持复位状态。xxx 理
37、工大学 xxx 届本科毕业设计说明书19图4.4 外部时钟Fig.4.4 exterior timepiece427 CPU 时钟（CCLK）唤醒延迟P89LPC935 具有一个内部唤醒定时器，可使时钟延迟直到稳定下来，其延迟时间取决于使用的时钟源。如果时钟源为3 个晶振选项中的任意一个（低、中或高频），延迟时间为992 个OSCCLK周期加60-100us。如果时钟源为内部RC 振荡器、看门狗振荡器或外部时钟，则延迟时间为224 个OSCCLK周期加60-100us。428 CPU 时钟（CCLK）调整：DIVM 寄存器OSCCLK 频率可通过配置分频寄存器DIVM 进行510 分频来提供C
38、CLK。此特性可用于暂时使CPU以较低频率工作以降低功耗。通过分频，程序以较低速度运行时，使CPU 仍保持对事件响应的能力，而不只是对能产生中断的事件（能使CPU 从空闲模式退出）才响应。这常常会得到比空闲模式更低的功耗。并且比掉电模式少了振荡器起振时间。在程序内DIVM 的值可随时改变而无需中断程序运行。429 低功耗选择P89LPC935 设计最大工作频率为12MHz( CCLK)。但是如果CCLK 为8MHz 或更低，CLKLP 位（AUXR1.7）可置位以降低功耗。此外，在任何一次复位后，CLKLP 都为0 以允许实现最高性能。如果CCLK 运行在8MHz 或更低的频率时，该位可以在软
39、件当中置位。4210 存储器结构P89LPC935 的不同存储空间如下所示： DATA128 字节内部数据存储空间（00h.:7Fh）。可使用除MOVX 和MOVC 之外的指令直接或间接寻址。此空间可作为全部或部分堆栈空间。 IDATA间接数据。256 字节内部数据存储空间（00hFFh）。可使用除MOVX 和MOVC 之外的指令进行间接寻址。全部或部分堆栈位于此空间。该区域包括了DATA 区域和其之上的128 字节间接RAM。 SFR选择的CPU 寄存器和外设控制及状态寄存器，只能通过直接寻址访问。 XDATA（P89LPC935）外部数据或附加RAM。与标准80C51 64kB 存储空间完
40、全相同。通过MOVX 指令使用SPTR,R0或R1 寻址。该空间的全部或部分可在片内实现。P89LPC935/936 集成了512 字节的片内XDATA 存储器。xxx 理工大学 xxx 届本科毕业设计说明书20 CODE64kB 的代码存储空间。作为程序执行部分和通过MOVC 指令访问。P89LPC935 有8kB 片内代码存储器。P89LPC935还具有512 字节片内数据EEPROM，通过SFR 进行访问4211 数据RAM分配768 字节片内RAM 分配表4.1所示：表4.1数据RAM分配表Table4.1 Allotment table of data RAM 4212 中断P89L
41、PC935 采用4 中断优先级结构，为多中断源的处理提供了极大的灵活性。P89LPC935 支持15 个中断源：外部中断0 和1、定时器0 和1、串口Tx、串口Rx、组合的串口Tx/Rx、掉电检测、看门狗/实时时钟、I 2C 总线、键盘中断、比较器1 和2、SPI、CCU 和数据EEPROM写/ADC 转换完成。任何一个中断源均可通过置位或清零IEN0 和IEN1 中相应的位来实现单独的使能或禁能。IEN0 中还包含了一个全局禁止位EA，它可禁止所有的中断。每个中断源都可被单独设置为四个中断优先级之一，分别通过清零或置位IP0，IP0H，IP1，IP1H 中相应位来实现。一个中断服务程序可响应
42、更高级的中断，但不能响应同优先级或低级中断。最高级中断服务程序不响应其它任何中断。如果两个不同中断优先级的中断源同时申请中断时，响应较高优先级的中断申请。如果两个同优先级的中断源同时申请中断。通过一个内部查询顺序序列确定首先响应哪一个中断请求，这叫做仲裁队列。注：仲裁队列只用来处理相同优先级别中断源同时申请中断的情况。4213 I/O 口表4.2Table4.2xxx 理工大学 xxx 届本科毕业设计说明书21P89LPC935 有4 个I/O 口，P0、P1、P2 和P3。P0、P1 和P2 为8 位I/O 口而P3 为2 位I/O 口。I/O 口的具体数目取决于所选择的时钟和复位方式，如表
43、4.2所示。4214 复位P1.5/ RST 管脚可作为低有效复位输入或数字输入口。当UCFG1 寄存器中的位RPE（复位管脚使能）置位时，使能P1.5 的外部复位输入功能。当清零时，P1.5 脚用作一个输入管脚。注：在上电过程中，RPE 选择无效，该管脚总是作为外部复位输入。在上电过程中，连接到该管脚的外部电路不应将其拉低，否则将使器件一直处于复位状态。在上电完成之后，该管脚可根据RPE 位的状态作为外部复位输入或数字输入口。只有上电复位会暂时使RPE 的设定失效，其它复位源无法影响RPE 位的设定。复位可由下列复位源引起： 外部复位管脚（上电或通过UCFG1 配置为使用外部复位） 上电检测
44、 掉电检测 看门狗定时器 软件复位 UART 间隔字符检测复位每一个复位源在复位寄存器RSTSRC 中都有一个对应的标志。用户可读取该寄存器以判断最近的复位源是哪一个。这些标志位可通过软件写入“0”清零。可以有多于一个的标志位置位： 上电复位时，POF 和BOF 都置位，而其它标志位清零 对于其它的复位，之前置位的标志位不会受到影响4215 定时器计数器P89LPC935有两个通用定时/计数器，与标准80C51 定时器0 及定时器1 兼容。两者均可配置为定时器或事件计数器。另外增加了定时器0/1 溢出时T0/T1 脚自动翻转的功能选项。用作“定时器”功能时，每经过一个机器周期，寄存器值加1。用
45、作“计数器”功能时，寄存器在对应的外部输入管脚T0/T1 的每一个下降沿加1。使用该功能时，外部输入每个机器周期被采样一次。xxx 理工大学 xxx 届本科毕业设计说明书22定时器0 及定时器1 有5 种工作模式（模式0, 1, 2, 3 和6）。模式0、1、2 和6 对于两个定时/计数器是一样的。模式3 则不同。4216 RTC/系统定时器P89LPC935 具有一个简单的RTC，它允许用户在器件其它部分掉电时能够继续运行一个精确的定时器。实时时钟可以作为一个中断或一个唤醒源。实时时钟是一个23 位倒计数器，由一个7 位的预分频器和16 位的可重装倒计数器组成。当计数值为全0时，计数器重新装
46、载并置位RTCF 标志。该计数器的时钟源可以是CPU 时钟（CCLK）或者XTAL 振荡器（前提是XTAL 振荡器不作为CPU 的时钟源）。如果XTAL 振荡器作为CPU 时钟源，实时时钟（RTC）将使用CCLK 作为它的时钟源。只有上电复位才能将实时时钟及其相关的寄存器复位为默认状态。4217 CCU（P89LPC935）该单元有以下特性： 16 位定时器，并可在溢出时重装16 位值 时钟可选，可将时钟源以1 到1024 间的任何整数进行分频 4 个比较/PWM 输出，可选择极性 对称/非对称PWM 选择2 路比较输入，带有事件计数器和数字噪声滤波器7 个中断（1 个溢出，2 个捕获，4 个
47、比较）使用同一个中断向量通过映像寄存器可实现安全的16 位读/写4218 UARTP89LPC935 具有一个增强型的UART。它和传统的80C51 UART 兼容，但有一点除外，即定时器2 的溢出不能用于产生波特率。P89LPC935还带有一个独立的波特率发生器。波特率可以选择由振荡器（由一个常数分频），定时器1 溢出或者独立的波特率发生器产生。除了产生波特率以外，在标准80C51 UART 基础上还增加了帧错误检测、自动地址识别、可选的双缓冲以及几个中断选项。UART具有4 种工作模式：移位寄存器、8 位UART、9 位UART 和CPU 时钟/32 或CPU 时钟/16。4219 I 2
48、C 总线接口I2C 总线用两条线（SDA 和SCL）与总线相连的器件之间传递信息。总线的主要特性如下： 主机和从机之间为双向数据传送 多主机总线（无中央主机） 多主机同时传送时进行仲裁避免总线上数据冲突 串行时钟同步使得不同位速率的器件可以通过一条串行总线进行通信xxx 理工大学 xxx 届本科毕业设计说明书23 串行时钟同步可作为握手机制，用于挂起和恢复串行传输 I2C 总线可用于测试和诊断典型的I 2C 总线配置如下图 所示。P89LPC935器件提供字节方式的I 2C 接口。所支持的最大数据传输速率为400kHz。图4.5 I2C总线结构Fig4.5 configuration of I
49、2C bus-mastering4220 模拟比较器P89LPC935 有 2 个模拟比较器，输入和输出选项允许将比较器配置成为不同模式。当正向输入（二个可选择脚之一）电压大于反向输入时（可选择外部管脚输入或内部参考电压），输出信号为“1”（可从寄存器读出和/或输出到管脚），反之则输出为“0”。每个比较器都可配置为当输出发生改变时产生中断。两个比较器总的连接方式如图 4.6 所示。比较器的最低工作电压为 VDD=2.4V。当每个比较器刚被使能时，比较器输出和中断标志需要10 微秒的稳定时间，在这段时间里，相应的比较器中断不应使能，并且在使能中断以前必须清零相应的比较器中断标志，以避免立即响应中断服务。比较器禁能时比较器输出COn 变为高电平。如果比较器为低电平时被禁能，比较器从低到高的跳变将置位比较器标志CMFn。如果比较器中断被使能，产生中断。因此，用户在禁能比较器前应先关闭比较器中断。另外，比较器被禁止后，应将比较器标志CMFn 清除。xxx 理工大学 xxx 届本科毕业设计说明书24图 4.6 模拟比较器F
